鐵路無線通信設(shè)備的故障測試與處理范文

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1CIR電臺GPS定位

將鐵路全線定義為由站內(nèi)區(qū)間和站間區(qū)間組成。本站站內(nèi)區(qū)間，由本站進(jìn)站信號機(jī)和本站出站信號機(jī)組成;站間區(qū)間，由本站出站信號機(jī)和下站進(jìn)站信號機(jī)組成;每個區(qū)間由該區(qū)間的最大、最小經(jīng)度，以及最大、最小緯度組成。只有收到的經(jīng)緯度均在區(qū)間內(nèi)才認(rèn)為列車在該區(qū)間內(nèi)，即每條線路均有線路的最大、最小經(jīng)緯度信息。上電后，搜索所有的線路數(shù)據(jù)，判斷滿足條件的線路，依次搜索各條線路的區(qū)間，如果滿足條件，則退出搜索。

1.1GPS問題

在CIR日常檢修作業(yè)和動車組司機(jī)所報故障中，GPS自動定位功能異常是較為普遍的問題，但不影響正常行車。此類故障一般有2種情況:一是動車組在運(yùn)行途中發(fā)生自動定位功能異常;二是動車組在庫內(nèi)進(jìn)行供電檢修時發(fā)生定位失敗。故障發(fā)生時，MMI提示GPS單元自檢不通過，定位模塊收到無效的數(shù)據(jù)信息，MMI不顯示前后站信息或者前后站信息更新不同步。

1.2故障原因

GPS定位需要CIR預(yù)先設(shè)置車次號(補(bǔ)機(jī)也要有車次號)，車次號要與前進(jìn)方向?qū)?yīng)，否則會出現(xiàn)前后站顯示顛倒;只有GPS收到的定位信息和數(shù)據(jù)庫信息都有效時，定位才成功。GPS收到無效的定位信息，主要有以下原因。天氣情況惡劣、地勢狹窄、隧道等客觀因素，導(dǎo)致GPS接收到無效的經(jīng)緯度信息;或GPS數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)錯誤，如采集的原始數(shù)據(jù)(經(jīng)緯度、公里標(biāo))與實際值差距大，導(dǎo)致CIR顯示的線路名稱與實際不符。GPS機(jī)車天線暴露于外界，受到異物打擊、化學(xué)物質(zhì)腐蝕使天線模塊故障。在列車運(yùn)行過程中，或位于線路樞紐、密集區(qū)段(包括動車檢修庫)，CIR無法區(qū)分2條及以上的運(yùn)行線路時，MMI發(fā)出語音提示:通信轉(zhuǎn)換，請選擇線路。包括:①2條線路交叉，且交叉線路工作模式分別為450MHz和GSM-R;②2條線路并行，且距離接近，衛(wèi)星定位單元同時搜索到2條及以上線路。

1.3應(yīng)對措施

動車所檢修庫內(nèi)GPS故障后，首先使用備用天線和GPS單元，若恢復(fù)及時更換相應(yīng)模塊，否則檢查天饋線或定位外界信號干擾、天氣等因素。注意，備用的GPS單元長時間沒有上過電，第一次上電，需要5～10min的定位時間。針對外界無線環(huán)境，應(yīng)努力改善如隧道、弱場區(qū)等處的條件，調(diào)整和優(yōu)化無線設(shè)備布局和結(jié)構(gòu)。動車運(yùn)行途中GPS定位失敗，不能自動恢復(fù)時，切換到手動模式，并記錄機(jī)車所處位置的前后方站名和位置的公里標(biāo)，為設(shè)備優(yōu)化提供依據(jù)。GPS故障處理應(yīng)本著“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的原則，根據(jù)實際情況采取相應(yīng)的措施。在CIR設(shè)備日常檢修過程中，應(yīng)做到精檢細(xì)修，加強(qiáng)斷電作業(yè)時天線檢查力度，提前預(yù)防處理，將故障隱患及時消除。

2CIR電臺機(jī)車號異常

GSM-R通信模式下，機(jī)車功能號對于基于位置的尋址方式具有關(guān)鍵性作用。語音模塊完成網(wǎng)絡(luò)注冊后，自動向GSM-R網(wǎng)絡(luò)發(fā)送車次號和機(jī)車號的功能號注冊消息，完成功能號注冊。如果沒有車次號，只自動注冊機(jī)車號功能號。一般情況下，車載CIR設(shè)備機(jī)車號異常通常有2種情況:①開機(jī)后重復(fù)3次嘗試注冊不成功，MMI提示機(jī)車號注冊失敗;②機(jī)車號注冊成功后自動注銷，循環(huán)發(fā)生，即機(jī)車號出現(xiàn)跳變現(xiàn)象。

2.1問題分析

根據(jù)CIR各模塊工作原理，CIR機(jī)車號與本機(jī)IP地址具有一一對應(yīng)的關(guān)系。機(jī)車號注冊與GSM-R語音SIM卡號無關(guān);同樣，不同卡號的GSM-R數(shù)據(jù)SIM卡，只要注冊機(jī)車號相同，獲得的IP地址都是相同的。CIR上電后，GSM-R語音單元和數(shù)據(jù)單元分別進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)注冊，語音單元注冊網(wǎng)絡(luò)成功后，機(jī)車號隨之注冊成功;數(shù)據(jù)模塊完成網(wǎng)絡(luò)注冊后，根據(jù)APN和機(jī)車號向網(wǎng)絡(luò)申請本機(jī)IP地址。針對機(jī)車號、本機(jī)IP地址、語音和數(shù)據(jù)單元、SIM卡等之間存在直接或間接關(guān)系，建立CIR七角關(guān)系模型，如圖1所示。為明確CIR各模塊之間的關(guān)系，搭建CIR測試臺進(jìn)行實驗，實驗結(jié)果如表1所示。GSM-R語音場強(qiáng)、語音SIM卡、GSM-R語音天饋設(shè)備狀態(tài)，是決定機(jī)車號是否正常的最直接因素。一般來說，機(jī)車號注冊失敗和機(jī)車號跳變故障發(fā)生時，GSM-R語音系統(tǒng)狀態(tài)呈現(xiàn)不良，尤其是受到各種因素影響，語音場強(qiáng)時好時壞。

2.2應(yīng)對措施

針對機(jī)車號出現(xiàn)的異常現(xiàn)象，日常檢修重點(diǎn)應(yīng)從GSM-R語音相關(guān)模塊著手排查。若是設(shè)備問題,應(yīng)及時進(jìn)行更換并試驗確認(rèn);若是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境所致，應(yīng)統(tǒng)計位置、時間、信號強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3車-地聯(lián)控通話故障

動車組司機(jī)用CIR與車站值班員、調(diào)度員進(jìn)行車-地聯(lián)控通話是一種普遍的通信方式，聯(lián)控通話故障與GSM-R語音系統(tǒng)相關(guān)模塊有直接的聯(lián)系。

3.1問題分析

GSM-R語音業(yè)務(wù)采用電路交換方式，業(yè)務(wù)等級高，實時性較強(qiáng)。衡量車-地聯(lián)控通話質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)主要是呼叫建立成功的概率、呼叫建立時間及業(yè)務(wù)傳輸時延，這些指標(biāo)取決于GSM-R語音網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及相關(guān)通信設(shè)備性能。根據(jù)現(xiàn)場情況，車-地聯(lián)控通話故障主要是語音場強(qiáng)覆蓋和車載通信終端CIR設(shè)備。常見的車-地聯(lián)控通話故障主要有以下2種情況。CIR呼叫FAS或FAS呼叫CIR成功后，出現(xiàn)單通現(xiàn)象，CIR送話正常，受話異常無音;或者CIR受話正常，送話異常，被叫聽不到聲音。分析以往的數(shù)據(jù)，主要為GSM-R語音天線接收功率或者發(fā)射功率不足，導(dǎo)致單通。CIR呼叫FAS不成功，或在通話過程中語音信號出現(xiàn)斷續(xù)，無法正常通話。主要是受到外界無線干擾、地形等條件影響;以及在動車組高速運(yùn)行情況下，業(yè)務(wù)切換不連續(xù)和多普勒平移，導(dǎo)致GSM-R語音場強(qiáng)不穩(wěn)定，信號中斷或失真。由此可見，引起車-地聯(lián)控單通故障主要來自于CIR設(shè)備和GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境2個方面。以西安北動車檢修庫檢修為例，檢修庫內(nèi)4股道12個測試點(diǎn)，通過多次場強(qiáng)測試，語音場強(qiáng)分布比較合理，且儀表測試值和CIR供電檢修測試值均在正常范圍(鐵標(biāo)≥－98dBm)內(nèi)，這說明對于CIR車-地聯(lián)控故障的排查應(yīng)從CIR設(shè)備語音模塊或機(jī)車天線開始進(jìn)行。

3.2仿真實驗

針對CIR車-地聯(lián)控通話故障問題，在OPNET仿真平臺下仿真動車組在非CIR設(shè)備本身故障，統(tǒng)計出現(xiàn)通話單通或呼叫失敗的概率，從而為GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供一定的理論參考。本試驗平臺分別仿真了動車組在城市、郊區(qū)、和鄉(xiāng)村3種地理環(huán)境下，GSM-R語音業(yè)務(wù)丟包率和傳輸時延性能指標(biāo)的優(yōu)劣，仿真次數(shù)為30，每次仿真時間為2h，試驗參數(shù)設(shè)置如下。系統(tǒng)級參數(shù):機(jī)車移動速度為380km/h，用戶處于獨(dú)立的慢衰落信道中，調(diào)制方式為GM-SK，數(shù)據(jù)速率為4.8kb/s。節(jié)點(diǎn)參數(shù):采用定向天線，基站天線增益為14dBi，機(jī)車天線增益為3dBi，基站最大發(fā)射功率為20W，3扇區(qū)結(jié)構(gòu)。噪聲干擾:在城市、郊區(qū)和鄉(xiāng)村3種地理環(huán)境下，相鄰小區(qū)的干擾因子分別為0.65、0.63、0.60，相位噪聲功率譜密度為－74dBm/Hz，陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差為10dB。仿真試驗結(jié)束后，利用OPNET軟件對30次仿真結(jié)果求平均，并生成曲線圖，如圖2、圖3所示，3種環(huán)境下，GSM-R語音業(yè)務(wù)丟包率基本為0，通話傳輸時延0.4～0.6s，符合鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由此說明，在動車組運(yùn)行時速較高，處于一般干擾水平的環(huán)境下，車-地聯(lián)控通話故障發(fā)生的概率較低。因此，在處理CIR通話故障時，應(yīng)首先從設(shè)備本身(機(jī)車天線、連接電纜、GSM-R語音模塊等)入手，排除設(shè)備問題后，可對經(jīng)常出現(xiàn)故障區(qū)間的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行測試和重點(diǎn)優(yōu)化，從而減少車-地聯(lián)控通話故障。

4小結(jié)

本文重點(diǎn)對CIR三類典型故障:GPS定位、機(jī)車功能號和車-地聯(lián)控問題分別進(jìn)行討論和分析，通過數(shù)據(jù)采集、實驗和仿真結(jié)果說明了故障原因及應(yīng)采取的措施，希望為CIR設(shè)備檢修作業(yè)人員故障分析和處理提供一些科學(xué)的方法。

本文作者：李少輝單位：西安鐵路局西安通信段